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  • 頭條技術(shù)干貨:高壓電抗器箱沿螺栓過熱問題的分析及處理
    2022-03-02 作者:張少鵬、王團結(jié) 等  |  來源:《電氣技術(shù)》  |  點擊率:
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    導(dǎo)語高壓電抗器箱沿螺栓過熱是威脅電抗器安全運行的因素之一。西安熱工研究院有限公司的研究人員張少鵬、王團結(jié)、郭沛、楊志龍,在2021年第8期《電氣技術(shù)》撰文,分析了引起電抗器箱沿螺栓過熱問題的可能原因,通過對某海上風電場海上升壓站電抗器箱沿螺栓過熱實例的分析,正確判斷出螺栓過熱的原因并提出有效的解決方案,消除了螺栓過熱的問題,最后總結(jié)了類似變壓器、電抗器箱沿螺栓過熱問題的處理方法。

    大型海上風電場通過長距離海纜接入電網(wǎng),空載時容易引起海纜末端電壓過高造成海纜供電損耗大、同期困難,輕載時容易使線路首端電壓高于電源電勢造成工頻過電壓,因此在海纜末端安裝并聯(lián)電抗器可改善長距離海纜上的電壓分布。

    運行中的電抗器箱沿螺栓發(fā)熱,其熱量會傳遞到箱沿與密封圈上,一方面會造成局部密封圈老化從而造成漏油,另一方面會促進電抗器油分解,產(chǎn)生氣體,引起瓦斯或者壓力釋放閥保護動作,迫使高壓電抗器退出運行,影響電網(wǎng)可靠運行。

    1 箱沿螺栓發(fā)熱現(xiàn)象

    某海上風電場海上升壓站2號電抗器是沈陽特變生產(chǎn),型號BKS—70000/220,容量70000kvar,額定電壓230kV,額定電流176A,聯(lián)接組標號YN,制造日期2019年7月。

    在帶電初期巡檢時,用紅外測試儀發(fā)現(xiàn)電抗器中性點側(cè)靠近B相有兩顆油箱連接螺栓溫度分別為112℃(1號超溫螺栓)、111℃(2號超溫螺栓),其余螺栓溫度分布大致在50℃,1號超溫螺栓紅外熱成像如圖1所示,兩顆超溫螺栓位置如圖2所示。

    2號電抗器滿負荷運行,運行電壓231.2kV,運行電流175.1A,電抗器本體油溫1為47℃、油溫2為49℃、繞組溫度為52℃,后臺監(jiān)控監(jiān)測油溫、繞組溫度及負荷電流運行穩(wěn)定,無緩慢增長現(xiàn)象。

    技術(shù)干貨:高壓電抗器箱沿螺栓過熱問題的分析及處理

    圖1 1號超溫螺栓紅外熱成像

    技術(shù)干貨:高壓電抗器箱沿螺栓過熱問題的分析及處理

    圖2 中性點側(cè)靠近B相兩顆超溫螺栓位置

    根據(jù)國家電力行業(yè)標準要求,電氣設(shè)備與金屬部件的連接熱點溫度大于110℃時,發(fā)熱判斷為緊急缺陷。如果不及時處理將會使密封膠墊局部老化,導(dǎo)致電抗器出現(xiàn)滲漏油、受潮甚至瓦斯保護動作等問題,嚴重影響2號電抗器的安全穩(wěn)定運行。

    2 原因分析

    對電抗器取油樣化驗的結(jié)果與DL/T 722—2014《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》規(guī)程中要求的“判斷運行設(shè)備油中溶解氣體含量注意值”對比合格,由此可排除電抗器主磁回路故障引起的箱沿螺栓發(fā)熱,詳細對比結(jié)果見表1。

    技術(shù)干貨:高壓電抗器箱沿螺栓過熱問題的分析及處理

    表1 油樣化驗結(jié)果與規(guī)程要求對比

    通過紅外成像儀進行拍攝跟蹤、分析,基本確定螺栓過熱的根本原因是漏磁引起的環(huán)流,其產(chǎn)生的電流流過連接螺栓導(dǎo)致發(fā)熱。引起電抗器油箱與底座連接螺栓發(fā)熱的原因一般是繞組和引線漏磁產(chǎn)生較大的電流,該電流可能是短路電流或者是渦流。

    當箱沿螺栓過熱是由較大的短路電流引起時,該電流可能是由于繞組或者引線漏磁(大多由于引線中的大電流產(chǎn)生的漏磁)在油箱與箱沿螺栓的回路中感應(yīng)出的環(huán)流。由于高壓電抗器油箱的上、下箱沿處在強磁場中,強磁場的磁通密度不同而使油箱的上、下箱沿感應(yīng)的電動勢不同,從而產(chǎn)生電位差,此時油箱上、下箱沿通過螺栓形成導(dǎo)電回路。電抗器的漏磁分布示意圖如圖3所示。

    技術(shù)干貨:高壓電抗器箱沿螺栓過熱問題的分析及處理

    圖3 電抗器的漏磁分布示意圖

    當箱沿螺栓過熱是由箱沿螺栓內(nèi)感應(yīng)出較大的渦流引起時,電抗器的漏磁通穿過箱沿,由于電抗器箱沿螺栓相對于周邊的空氣磁阻較小,所以大多數(shù)磁通集中通過導(dǎo)磁相對較好的箱沿螺栓,如果螺栓局部磁通密度很大就會造成渦流,該電流可能造成螺栓過熱,箱沿連接螺栓磁力線分布示意圖如圖4所示。

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    圖4 箱沿連接螺栓磁力線分布示意圖

    ?3 故障處理

    為了解決箱沿螺栓發(fā)熱的問題,首先將發(fā)熱較為嚴重的這兩個箱沿螺栓拆除,對螺孔附近箱蓋上的油漆進行清理打磨,然后在箱沿上下跨接一根60mm×6mm的銅排,同時將墊片1更換為絕緣墊片,將墊片2更換為導(dǎo)電率較高的銅墊片,實現(xiàn)將油箱上、下沿短接的效果,使電流從短接銅排流過,電抗器跨接短接銅排設(shè)計圖如圖5所示,電抗器跨接短接銅排實物如圖6所示。

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    圖5 電抗器跨接短接銅排設(shè)計圖

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    圖6 電抗器跨接短接銅排實物

    利用鉗形電流表分別測量流過1號螺栓短接銅排的電流是14A,流過2號螺栓短接銅排的電流是39A。經(jīng)過大約12h的觀察后再次利用紅外測試儀對這兩個箱沿螺栓的溫度進行測量,發(fā)現(xiàn)2號螺栓的溫度已經(jīng)和其他螺栓的溫度接近,大約50℃。而1號螺栓的溫度仍然較高,大約93℃,跨接短路排12h后1號螺栓紅外熱成像如圖7所示。

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    圖7跨接短路排12h后1號螺栓紅外熱成像

    由此可見在增加短接銅排及更換墊片之后2號螺栓溫度過高的問題已經(jīng)解決,1號螺栓溫度仍然過高。觀察后發(fā)現(xiàn),1號螺栓距離電抗器B相較近,可能是B相引線漏磁產(chǎn)生渦流導(dǎo)致1號螺栓過熱。

    用同樣大小規(guī)格的反磁鋼螺栓替代溫度過高的1號螺栓,經(jīng)過大約12h的觀察后再次利用紅外測試儀對1號螺栓的溫度進行測量,其溫度下降至63.2℃左右,采用反磁鋼螺栓12h后1號螺栓紅外熱成像如圖8所示。由此可見,1號螺栓內(nèi)感應(yīng)出較大的渦流造成螺栓過熱,更換成反磁鋼螺栓后,使穿過箱沿螺栓的漏磁通的大小和分布發(fā)生了變化,溫度下降比較明顯。

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    圖8反磁鋼螺栓12h后1號螺栓熱成像

    停電檢修時,將整個電抗器的箱沿螺栓通過力矩扳手整體緊固,使得漏磁經(jīng)過油箱形成閉合回路后產(chǎn)生的電流均勻地從每個箱沿螺栓流過。電抗器帶電后再次利用紅外測試儀對所有箱沿螺栓的溫度進行測量,溫度顯示基本在49~52℃左右。

    ?4 結(jié)論

    經(jīng)過此次對電抗器箱沿螺栓過熱問題的處理,總結(jié)以下處理類似問題的方法:

    1)所有箱沿螺栓要經(jīng)過力矩扳手緊固,使得漏磁經(jīng)過油箱形成閉合回路后產(chǎn)生的電流均勻地從每個箱沿螺栓流過。

    2)將因渦流引起過熱的螺栓更換成截面積較大的螺栓或者換以低磁鋼、反磁鋼螺栓,可以降低螺栓的磁通密度,提高散熱效果。

    3)將因短路電流引起過熱的螺栓與箱沿絕緣,用導(dǎo)電率較高的銅排、銅導(dǎo)線或者硅鋼片將其短路或者接地,使短路電流通過銅排或者銅導(dǎo)線流過。類似的方法還包括在溫度較高的箱沿螺栓外側(cè)焊接導(dǎo)流件。

    本文編自2021年第8期《電氣技術(shù)》,論文標題為“高壓電抗器箱沿螺栓過熱問題分析及處理”,作者為張少鵬、王團結(jié) 等。